光学漩涡光束:照射下能轻易发现不同程度或方向的扭曲

英国布里斯托尔大学科学家领导的国际研究团队展示了硅芯片“光学漩涡光束” 发射器集成阵列。相关研究报告将发布在最新一期《科学》杂志上。

　　一般而言，生成“光学漩涡光束”需要透镜和全息摄影等有关光学组件。这虽利于科研但对于其他应用却十分不便，尤其是在需要大量、高密度的该种光束时。而布里斯托尔大学发明的新发射器只有几微米大，比传统的元件尺寸要小数千倍。，它们还以硅光波导为基础，可以利用标准的集成电路制造技术制成。

　　科研人员表示，他们制成的微型光学漩涡设备十分小巧、紧凑，硅芯片内能容纳数千个发射器，而制造成本也很低廉。这种集成设备和系统能够开拓有关光学漩涡的全新应用其能轻易地互相连接，形成光子集成电路中复杂的大型阵列，并被用于通信、传感和微粒操控等领域。

　　与传统的理念相左，这些光束并不会以直线传播，相反，它们的能量会在中空的圆锥形波束形状内呈螺旋状传递。这些光束看起来更像是旋风或漩涡，向左或向右扭动着。而理论上对它们的扭曲方式也没有限制。在量子力学中，这一特征与光子的轨道角动量相关。也就是说在这些光束中的光子可被认为会环绕光束轴运行，这与行星环绕恒星旋转运动类似。

　　当这些光与物质相互作用时，其可以在物质上保持一个扭矩力，它能被用作“光学扳手”，对微粒或液滴进行旋转和囚禁。不同程度的扭曲也可用来传输信息，其能允许单个光学信号携带更多的信息，并增加光学通信线路的容量。

　　频率相同而轨道角动量不同的光束能够传输不同的信息流。单个光子能够利用这些程度不一的扭曲来代表量子信息，其能呈现顺时针和逆时针的扭曲效果。，利用这些光进行成像和传感的应用也在研发之中。例如，在普通的光学显微镜下手性分子看起来几乎一样，而在“光学漩涡光束”的照射下，科学家能轻易发现不同程度或方向不同的扭曲。

　　研究人员还谈到，最令人兴奋的应用之一莫过于单光子水平的扭曲光控制，这使他们能够探索和开发光学漩涡的量子力学性能，并为未来在量子通信和量子计算等方面的应用奠定基础精彩文章:图坦卡蒙 鬼斧神工 中国未解之谜 生物入侵